Файл: Учебное пособие Иваново 2018.pdf

30 3) трехуровневая САПР (система, построенная на основе большой ЭВМ, нескольких АРМ и периферийного программно-управляемого оборудования для централизованного обслуживания этих АРМ, или на основе большой ЭВМ и группы АРМ, объединенных в вычислительную сеть).

31 4. Виды обеспечения САПР
В составе любой САПР выделяют 6 основных видов обеспечения.
Структуру видов обеспечения САПР можно изобразить в виде схемы, представленной на рис. 4.1. Рассмотрим виды обеспечения САПР подробнее.
Рис. 4.1. Структура основных видов обеспечения САПР
4.1. Техническое обеспечение САПР
Совокупность всех технических средств, используемых при эксплуатации
САПР, образует техническое обеспечение системы.
Компонентами технического обеспечения являются устройства вычислительной и
Виды
обеспечения
САПР
Техническое
Математическое
Программное
Математические методы
Модели
Алгоритмы
Информационное
Лингвистическое
Организационно- методическое
Средства вычислительной техники
Сетевое оборудование
Периферийное и вспомогательное оборудование
Системное
Прикладное
Базы данных
Системы управления базами данных
Языки программирования
Языки проектирования
Языки управления
Приказы, положения, инструкции
Штатные расписания
Графики работ

32
организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания, обеспечивающие функционирование САПР.
Общая структура технического обеспечения САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис. 4.2). Узлами
(станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) или рабочими станциями (WS — Workstation), ими могут быть также большие ЭВМ
(мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные устройства. Именно в АРМ должны быть средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети.
Рис. 4.2. Структура технического обеспечения САПР
Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.
В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД), выполняющее определенную работу по проектированию, и аппаратуру окончания канала данных (АКД), предназначенную для связи ООД со средой передачи данных, например, в качестве ООД можно рассматривать персональный компьютер, а в качестве АКД — вставляемую в компьютер сетевую плату.
Канал передачи данных — средство двустороннего обмена данными, включающее в себя АКД и линию связи. Линией связи называют часть физической среды, используемую для распространения сигналов в

33
определенном положении. Примерами линий связи могут служить коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи
(ВОЛС). Близким является понятие канала (канала связи), под которым понимают средство односторонней передачи данных. Примером канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи.
В качестве средств обработки данных в современных САПР широко используют рабочие станции, серверы, персональные компьютеры. На базе рабочих станций или персональных компьютеров создают АРМ. Типичный состав устройств АРМ: ЭВМ с одним или несколькими микропроцессорами, внешней, оперативной и кэш-памятью и шинами, служащими для взаимной связи устройств; устройства ввода-вывода, включающие в себя, как минимум, клавиатуру, мышь, дисплей; дополнительно в состав АРМ могут входить принтер, сканер, плоттер, дигитайзер, и некоторые другие периферийные устройства.
Рабочие станции (workstation) по сравнению с персональными компьютерами представляют собой вычислительную систему, ориентированную на выполнение определенных функций. Специализация обеспечивается как набором программ, так и аппаратно за счет использования дополнительных специализированных процессоров. Так, в САПР для машиностроения преимущественно применяют графические рабочие станции для выполнения процедур геометрического моделирования и машинной графики. Эта направленность требует мощного процессора, высокоскоростной шины, памяти достаточно большой емкости.
В зависимости от назначения существуют АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ руководителя проекта и т. п. Они могут различаться составом периферийных устройств, характеристиками ЭВМ.
Специфика САПР накладывает свои особенности даже на выбор стандартных компонент оборудования, например видеокарт. В силу особенностей задач, решаемых САПР, для их эффективного использования применяется достаточно широкий спектр специфического оборудования, как

34
правило, не имеющего хождения в других отраслях использования компьютеров. Подробно это оборудование рассмотрено в главе 5.
4.2. Математическое обеспечение САПР
Совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, примененных в САПР, называют математическим обеспечением системы.
Основу математического обеспечения САПР составляют алгоритмы и методики решения задач технологического проектирования. Алгоритмом называют конечный набор предписаний для получения решения задачи посредством конечного числа операций (действий). В соответствии с алгоритмами разраба- тывают впоследствии программное обеспечение и выполняют ав- томатизированное проектирование. Разработка математического обеспечения является самым сложным этапом создания САПР, от которого в наибольшей степени зависит эффективность ее работы.
Математическое обеспечение САПР включает в себя: математические модели объекта проектирования (технологического процесса или его фрагментов), а также предмета производства (детали, сборочной единицы) в состояниях, соответствующих различным этапам проектируемого технологического процесса; формализованное описание принятой технологии автоматизированного проектирования.
В любой
САПР эти части математического обеспечения должны взаимодействовать. Эффективность взаимодействия определяет эффективность работы системы.
Практическое использование математического обеспечения происходит после его реализации в программном обеспечении.
4.3. Программное обеспечение САПР
Программное обеспечение САПР – совокупность программ на носителях данных и программных документов, предназначенных для ее отладки, эксплуатации и проверки работоспособности.

35
Программой называют данные, предназначенные для управления конкретными компонентами САПР, реализующие определенный алгоритм.
Физически в состав программного обеспечения входят документы с текстами программ; программы, записанные на машинных носителях информации; эксплуатационные документы. Программы и документы предназначены для всех средств вычислительной техники, эксплуатирующейся в составе САПР.
Различают системное и прикладное (специализированное) программное обеспечение. Системное программное обеспечение содержит набор программных средств, способствующих повышению эффективности использо- вания вычислительных комплексов САПР и производительности труда персонала, обслуживающего эти комплексы.
К основным функциям системного программного обеспечения относят: управление процессом вычислений; ввод, вывод и частичная обработка информации; диалоговая взаимосвязь с пользователем в процессе проектирования; решение общематематических задач; хранение, поиск, сортировка и модификация данных, необходимых при проектировании, защита их целостности и защита от несанкционированного доступа; контроль и диагностика вычислительного комплекса.
Три первых и последнюю из указанных функций реализуют в современных вычислительных комплексах операционные системы.
Прикладное (специализированное) программное обеспечение включает прикладные программы и пакеты прикладных программ, основной функцией которых является формирование проектных решений. Прикладной называют программу, предназначенную для решения задачи или класса задач, в определенной области применения системы обработки информации. Систему прикладных программ, предназначенную для решения задач определенного класса, называют пакетом прикладных программ.

36
В САПР пакеты прикладных программ, как правило, применяют для выполнения конкретных проектных процедур, например, выбора оборудования, инструмента, определения режимов обработки и т.д. Прикладное программное обеспечение создают с учетом возможностей системного.
В целом состав и структура программного обеспечения определяются составом и структурой САПР и ее подсистем. Программное обеспечение — столь же важное и необходимое средство автоматизации проектирования как и технические средства. Однако в отличие от технических средств, являющихся универсальным инструментарием, используемым в одинаковом или почти одинаковом составе в различных видах САПР, прикладное программное обеспечение является оригинальным инструментом автоматизации и отражает всю специфику конкретной системы.
4.4. Информационное обеспечение САПР
Основу информационного обеспечения САПР составляет информация, используемая системой непосредственно для выработки проектных решений.
Это информация об аналогах проектируемых процессов, о технологических свойствах материалов деталей, технологическом оборудовании, инструменте, которые могут быть применены в объекте проектирования. Сюда же относятся правила и нормы проектирования, а также правила и формы документирования его результатов.
Информацию, представленную в виде, пригодном для обработки автоматизированной системой, называют данными. Основная часть информационного обеспечения САПР представлена базой данных (БД) и системой управления базой данных (СУБД).

37
автоматизации при эксплуатации системы. Лингвистическое обеспечение используют для представления и реализации информационного и программного обеспечения.
Основу лингвистического обеспечения САПР составляют специальные языковые средства
(языки проектирования и программирования), предназначенные для общения человека с техническими и программными средствами автоматизации в процессе проектирования.
Язык проектирования– язык представления описаний объекта проектирования и их преобразований. Язык проектирования, применяемый для представления задания на проектирование, называют входным языком проектирования. Выходной язык проектирования предназначен для представления проектного решения, включая результат проектирования, в фор- ме, удовлетворяющей требованиям его дальнейшего применения.
Языки программирования используют для представления описания способа решения задачи в форме конечной последовательности действий для исполнения компьютером. Машинным называют язык программирования, предназначенный для представления программ в форме, позволяющей выполнять их техническими средствами.
4.6. Организационно-методическое обеспечение САПР
Организационным обеспечением САПР называют совокупность документов, устанавливающих организационную структуру, права и обязанности пользователей и эксплуатационного персонала системы в условиях ее функционирования, проверки и обеспечения работоспособности.
Методическое обеспечение образует совокупность документов, описывающих технологию функционирования САПР, методы выбора и применения пользователем технологических приемов для получения конкретных результатов при использовании системы. Проектные решения по организационному и методическому обеспечению входят в состав САПР в форме организационно-методических и эксплуатационных документов.

38
Компонентами организационного обеспечения САПР являются правила и приказы, регламентирующие права, обязанности и функции каждого участника разработки и эксплуатации САПР: эксплуатационного персонала, инженеров- программистов, системных администраторов, администраторов банка данных, технологов-проектировщиков. Организационное обеспечение САПР включает в себя комплект документов (приказов, положений, штатных расписаний, инструкций, графиков работ и др.), устанавливающих правила выполнения автоматизированного проектирования. Примерами таких документов являются: инструкция пользователя САПР, инструкция по эксплуатации технических средств АРМ, должностная инструкция системного администратора и т.д.
Организационное обеспечение регламентирует: взаимодействие технологических (проектирующих) и обслуживающих САПР подразделений; ответственность специалистов различного профиля и уровня за определенные виды работ; правила выпуска, использования и корректировки выходных документов САПР; правила доступа к базам данных и знаний; приоритеты пользования средствами САПР.
Документы, входящие в состав методического обеспечения САПР, регламентируют порядок (технологию) ее эксплуатации. В них изложены теория, методы, способы, математические модели, алгоритмы, алгоритмические специальные языки для описания объектов, терминология, нормативы и другие данные, раскрывающие методологию (идеологию) функционирования системы.
Документы методического обеспечения носят в основном инструкционный характер и ориентированы на неавтоматизированное использование человеком.
В них в первую очередь раскрывается специфичная терминология, используемая при изложении основных принципов построения, структуры и действий, выполняемых пользователями и обслуживающим персоналом при эксплуатации САПР.

39 5. Специальное оборудование САПР
5.1. Плоттеры
Плоттер или графопостроитель – устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до А0. Плоттеры появились как необходимое дополнение к 2D CAD-системам, так как традиционно чертежи исполняются на листах крупного размера, которые невозможно отпечатать на традиционном принтере. Часто вместо термина
«плоттер» применяют «широкоформатный принтер».
Существуют так же режущие плоттеры, второе их название – каттеры.
Они предназначены для резки бумаги, незаменимы в изготовлении различной рекламной продукции (листовки, визитки, календари). Рассмотрим подробнее печатающие плоттеры (графопостроители).
По принципу действия плоттеры делятся на перьевые, струйные, лазерные, электростатические и термографические.
Перьевые плоттеры создают изображение с помощью пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, конструктивно напоминающих фломастеры или чернильные ручки. Имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя.
Перьевые плоттеры в свою очередь делятся на планшетные (устройства с неподвижным носителем информации) и рулонные (устройства с перемещаемым носителем информации).
В планшетных плоттерах носитель информации укрепляется на плоской рабочей поверхности планшета
(рис.
5.1).
Закрепление либо электростатическое, либо вакуумное, либо механическое за счёт притягивания прижимающих бумагу пластинок к электромагнитам, вмонтированным в поверхность стола. Перемещение пишущего элемента осуществляется электромеханической координатной системой по двум осям. Недостатком плоттеров такого типа является громоздкость конструкции, т.к. требуется пространство, соответствующее расчерчиваемой области. Но достоинством

40
этого решения, вытекающим из его недостатка, является высокая точность позиционирования пишущего элемента и соответственно точность самого рисунка, наносимого на бумагу.
Рис. 5.1. Планшетный плоттер
Для рулонных плоттеров (рис. 5.2.) характерно наличие механизма перемещения пишущего элемента только по одной координате, запись информации по другой оси осуществляется путем перемещения самого носителя. По сравнению с планшетными плоттерами масса рулонных меньше в
3-5 раз, однако точность у таких графопостроителей, как правило, ниже, чем у планшетных. В настоящее время плоттеры с перьями практически не используются. На замену им пришли струйные и лазерные плоттеры.
Рис. 5.2. Рулонный плоттер